DE69028910T2 - Reluktanzmotor - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft einen Reluktanzmotor, der für die Antriebsquelle einer industriellen Einrichtung als effizienter Gleichstrommotor großen Abtriebsdrehmoments und geringer Drehmomentwelligkeit verwendet werden kann und insbesondere bei Verwendung als Servomotor effektiv ist.
• Traditionell kann in einem Reluktanzmotor die Zahl der Phasen nicht so groß wie bei einem typischen Kommutatormotor gemacht werden. Dies weil wegen der hohen Kosten der Halbleiterschaltung jeder Phase die Ausführbarkeit verlorengeht.
• Demgemäß wird die gespeicherte Energie jedes Magnetpols groß und es benötigt Zeit, ihn zu laden und zu speichern, und infolgedessen besteht das Problem, daß zwar das Drehmoment, nicht jedoch die Geschwindigkeit hoch wird.
• Außerdem wird insbesondere bei einem Reluktanzmotor mit großem Abtriebsdrehmoment die Zahl der Magnetpole des Ankers groß und der Luftspalt seines Magnetpfades ist klein, so daß die gespeicherte magnetische Energie groß ist, wodurch die oben erwähdte Schwierigkeit erhöht wird.
• Je höher das Drehmoment ist, desto unmöglicher wird die Lösung dieses Problems.
• Wegen der großen Induktanz der Ankerspulen besteht das Problem, daß die Anstiegs- und Abfallzeit des Ankerstroms zunehmen, um dadurch die Welligkeit des Abtriebsdrehmoments groß zu machen.
• Überdies besteht das Problem, daß auch der Wirkungsgrad verschlechtert wird.
• Aus der DE-A-2831997 ist eine Schrittmotor-Antriebsanordnung bekannt, bei welcher Wicklungen des Schrittmotors durch Dioden an eine Gleichstromquelle gekoppelt werden können, wobei die Dioden von der Gleichstromquelle in Richtung zu den Wicklungen leiten.
• Auch die (unter Artikel 54(3) EPÜ fallende) EP-A-427868 bezieht sich auf einen elektrischen Reluktanzmotor, der dieses Merkmal und auch andere daraus hervorgehende Merkmale aufweist.
• Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Reluktanzmotor bereitzustellen, der so ausgebildet werden kann, daß er von hoher Geschwindigkeit, hoch wirksam, klein und billig ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Reluktanzmotor bereitgestellt, wie er im beigefügten Anspruch 1 beansprucht ist.
• Die abhängigen Ansprüche 2 bis 3 beziehen sich auf weitere Ausführungsformen der Erfindung.
• Entsprechend dem Mittel dieser Erfindung können der Anstieg des Erregungsstroms bei Beginn eines Positionsdetektorsignals und die Breite des abfallenden Stroms am Ende des Positionsdetektorsignals wie oben beschrieben klein gemacht werden und infolgedessen besteht die Wirkung, daß die Erzeugung einer Drehmoment- und Gegendrehmomentreduzierung unterdrückt werden kann, wodurch ein Motor von etwa 100.000 Umdrehungen pro Minute erhalten werden kann.
• Da die verzögerung der Erregung einer Ankerspule aufgrund einer großen Induktanz beseitigt worden ist, kann die Erregung mit einem voreingestellten Strom auf der Breite eines Positionsdektionssignals ausgeführt werden.
• Folglich ist es, durch Einstellen der Fixierungsposition des positionsdeketorelements, möglich, nur die Abschnitte, in denen das Drehmoment flach ist, zu erregen und infolgedessen besteht die Wirkung, daß die Drehmomentwelligkeit des Abtriebsdrehmoments beseitigt und ein hochwirksamer Motor erhalten wird.
• Selbst wenn die Energieversorgungsspannung niedrig ist, kann ein hochwirksamer Reluktanzmotor erzielt werden.
• Für eine einphasige Wechselstromenergieversorung kann die Kapazität eines Kondensators (zum Glätten) im Vergleich zum Stand der Technik klein gemacht werden. Für eine dreiphasige Wechselstromenergieversorgung wird der Glättungskondensator außerdem so klein, daß die Energieversorgung vereinfacht wird.
• Durch Bilden der Ankerspulen einer einzelnen Phase oder Unterteilen dieser Spulen in eine A-Phase und eine B-Phase ist die Erregungssteuerschaltung vereinfacht und wird klein und billig.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Figur 1 (a) ist eine erläuternde Ansicht der Struktur eines dreiphasigen Reluktanzmotors, Figur 1 (b) ist eine erläuternde Ansicht der Struktur eines zweiphasigen Reluktanzmotors. Figur 2 ist eine Abwicklung des Rotors, der Magnetpole und der Ankerspulen des dreiphasigen und zweiphasigen Motors, Figuren 3 und 4 sind elektrische Schaltungen zur Gewinnung von Positionsdetektorsignalen aus den Spulen, Figur 5 ist eine zeitliche Darstellung von Positionsdetektorsignalkurven, Ankerströmen und Abtriebsdrehmomenten, Figur 6 ist eine Erregungssteuerschaltung der Ankerspulen und Figur 7 ist eine zeitliche Darstellung von Positionsdetektorsignalen.
• Diese Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entsprechend ihren Ausführungsformen beschrieben.
• Im folgenden bezeichnen sämtliche Winkel elektrische Winkel.
• Figur 1 (a) zeigt ein Beispiel des dreiphasigen Reluktanzmotors, auf den die Erfindung angewendet ist, und ist eine Draufsicht, welche die Struktur der ausgeprägten Pole des Rotors, der Magnetpole des stationären Ankers und der Ankerspulen zeigt.
• Die Breite der ausgeprägten Pole 1a, 1b, ... des Rotors 1 beträgt 180 Grad und sie sind mit einer Phasendifferenz von 360 Grad und gleichem Abstand angeordnet.
• Der Rotor 1 besteht aus einer wohlbekannten Einrichtung aus lamellierten Siliziumsstahlplatten mit der Drehachse 5 als ihre Achse.
• Im stationären Anker 16 sind die Magnetpole 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16a, 16b,... 16f, mit ihrer Breite von 180 Grad und gleichem Abstandswinkel angeordnet.
• Die Breiten der ausgeprägten Pole 1a, 1b, ... und Magnetpole 16a, .. sind gleich und betragen 180 Grad. Die Zahl der ausgeprägten Pole beträgt 14 und die Zahl der Magnetpole ist 12.
• Die Figur 2 (a) ist eine Abwicklung des dreiphasigen Reluktanzmotors nach Figur 1 (a) und ist im mechanischen Winkel bis 180 Grad bei weggelassenem Rest gezeigt.
• Die ausgeprägten Pole 1a, ffib, . und Magnetpole 16a, 16b, ... in Figur 1 (a) sind weggelassen, doch befinden sich diese bei Positionen, welche zu den ausgeprägten Polen 1a, 1b bzw. Magnetpolen 16a, 16b, . . axial symmetrisch sind. Folglich sind die magnetischen Anziehungskräfte in der radialen Richtung ausgeglichen, wodurch die Wirkung erzeugt wird, daß die Erzeugung mechanischer Vibrationen und die Druckkräfte auf die Lager sehr klein gemacht sind.
• Die Spulen 10a, 10b und 10c in Figur 2 (a) sind Positionsdetektorelemente zum Detektieren der ausgeprägten Pole 1a, 1b, die auf der Seite des stationären Ankers 16 bei den gezeigten Positionen befestigt sind, und die Spulenstirnflächen liegen den Seiten der ausgeprägten Pole 1a, 1b, ... über einen dazwischen befindlichen Luftspalt gegenüber.
• Die Spulen 10a, 10b und 10c sind im Abstand von 120 Grad angeordnet und sie sind vom Luftkerntyp mit einem Durchmesser von Smm und 100 Windungen.
• In der Figur 4 ist eine Einrichtung zur Gewinnung von Positionsdektionssignalen von den Spulen 10a, 10b und 10c gezeigt.
• Die Spule 10a und die Widerstände 15a, 15b und 15c bilden eine Brückenschaltung, die so eingestellt ist, daß sie ausgleicht, wenn die Spule 10a nicht den ausgeprägten Polen 1a, 1b, ... gegenüberliegt.
• Die Ausgangssignale der aus der Diode 11a und dem Kondensator 12a bzw. der Diode ha und dem Kondensator 12b bestehenden Tiefpaßfilter sind gleich und folglich nimmt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 13 einen niedrigen Pegel an.
• In einem Oszillator 7 wird eine Oszillation von etwa 1 Megazyklen ausgeführt. Wenn die Spule 10a den ausgeprägten Polen 1a, 1b, ... gegenüberliegt, nimmt die Impedanz wegen des Eisenverlustes (Wirbelstromverlust plus Hysteresisverlust) ab, und infolgedessen wird der Spannungsabfall des Widerstandes 15a groß, wodurch ein hoher Pegel des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 13 bewirkt wird.
• Die Eingangssignale in die Blockschaltung 9 sind Kurven 25a, 25b, . . in der zeitlichen Darstellung nach Figur 7 (a) , und die Einqangssiqnale durch die Invertierungssschaltung 13d sind Kurven 26a, 26b
• Die Schaltungsblöcke 7a und 7b in Figur 4 zeigen Brückenschaltungen, welche die Spulen 10b bzw. 10c enthalten.
• Der Oszillator 7 kann gemeinsam benutzt werden.
• Das Ausgangssignal des Schaltungsblocks 7a und das Ausgangssignal der Invertierungsschaltung 13e werden in den Schaltungsblock 9 eingegeben und diese Ausgangssignale sind durch die Kurven 27a, 27b, ... bzw. die Kurven 28a, 28b, ... dargestellt
• Das Ausgangssignal des Schaltungsblocks 7b und das Ausgangssignal der Inventierungsschaltung 13f werden in den Schaltungsblock 9 eingegeben und diese Signale sind in der Figur 7 (a) als die Kurven 29a, 29b, ... bzw. die Kurven 30a, 30b
• Von den Kurven 25a, 25b, ... sind die Kurven 27a, 27b, ... in der Phase um 120 Grad verzögert und von den Kurven 27a, 27b, ... sind die Kurven 29a, 29b, ... in der Phase um 120 Grad verzögert.
• Der Schaltungsblock9 ist eine Schaltung, die von der Steuerschaltung eines dreiphasigen Halbleitermotors mit Y-Schaltung üblicherweise verwendet wird, und ist eine logische Schaltung, durch welche elektrische Rechteckwellensignale mit einer Breite von 120 Grad an Anschlüssen 9a, 9b, 9c, ... 9f beim Eingeben der oben erwähnten Positionsdektionssignale erhalten werden.
• Die Ausgangssignale der Anschlüsse 9a, 9b und 9c sind als Kurven 31a, 31b, ... , Kurven 32a, 32b ... bzw. Kurven 33a, 33b, ... gezeigt.
• Die Ausgangssignale der Anschlüsse 9d, 9e und 9f sind als Kurven 34a, 34b, ... , Kurven 35a, 35b ... bzw. Kurven 36a, 36b, ... gezeigt. Die Phasendifferenzen zwischen den Ausgangssignalen der Anschlüsse 9a und 9b, zwischen den Ausgangssignalen der Anschlüsse 9d und 9e und zwischen den Ausgangssignalen 9c und 9f betragen 180 Grad.
• Außerdem werden die Ausgangssignale der Anschlüsse 9a, 9b und 9c sequenziell um 120 Grad verzögert, ohne überlagert zu werden, und die Ausgangssignale der Anschlüsse 9d, 9e und 9f werden ebenso um 120 Grad verzögert.
• Der gleiche Effekt wird durch Verwendung einer synchron mit dem Rotor 1 in Figur 1 (a) sich drehenden und die gleiche Form anstelle der den Spulen 10a, 10b und 10c gegenüberliegenden ausgeprägten Pole 1a, 1b, ... erhalten.
• Ein Reluktanzmotor hat die unten dargelegten Nachteile.
• Zunächst ist das Drehmoment im Anfangszustand, bei welchem die ausgeprägten Pole anfangen, den Magnetpolen gegenüberzuliegen, sehr groß, und klein im Endzustand. Demgemäß besteht der Nachteil, daß das zusammengesetzte Drehmoment ein großes Welligkeitsmoment aufweist. Zur Beseitigung dieses Nachteils ist bespielsweise das folgende Mittel wirksam.
• Die bedeutet ein Mittel, um die Breiten in der Richtung der Drehachse der einandergegenüberliegenden Stirnflächen der ausgeprägten Magnetpole von einander verschieden zu machen. Wenn dieses Mittel angewendet wird, werden die Ausgangsdrehmomentkurven durch die in den Kurven 14a, 14b, ... in Figur 5 (c) gezeigten Leckflüsse der einander gegenüberliegenden Stirnflächen flach gemacht.
• Die Kurven 14d, 14c, 14b und 14a sind das Beispiel für Ankerströme von 0,5 Ampere, 1,0 Ampere, 1,5 Ampere bzw. 2,0 Ampere.
• Infolgedessen kann durch Auswahl der Erregungsbreite der Ankerspulen und des Punktes, bei welchem die Erregung beginnt, dde Ausgangsdrehmomentwelligkeit beseitigt werden.
• Dies ist ein Mittel dieser Erfindung. Als zweites besteht der Nachteil, daß sich der Wirkungsgrad verschlechtert.
• Die Breite des Positionsdetektorssiqnals 31a im Zeitdiagramm nach Figur 5 (c) beträgt, wie durch den Pfeil 3c angedeutet, 120 Grad, und wenn die Erregung einer Ankerspule bei deren Beginn gestartet wird, verzögert sich, wie durch die gestrichelte Linie 7b gezeigt, der Anstieg durch große Induktanz, und beim Abschalten der Ankerspule am Ende des Positionsdetektorsignals wird die Breite des abfallenden Abschnitts wegen der Entladung der großen gespeicherten magnetischen Energie groß, so, wie es durch das rechte Ende der gestrichelten Linie 7b gezeigt ist.
• Das Drehmoment nimmt ab, wenn sich der Anstieg verzögert, und wenn der abfallende Abschnitt das rechte Ende des die Breite des 180 Grad anzeigenden Pfeils überschreitet, wird ein Gegendrehmoment erzeugt. Seine Wirkung wird beträchtlich, wenn die Geschwindigkeit hoch ist.
• Demgemäß wird die Drehgeschwindigkeit niedrig und die Effizienz verschlechtert sich bei hoher Geschwindigkeit.
• Den Anstieg und Abfall der Ankerströme zum Verhindern der Verschlechterung des Wirkungsgrads bei hoher Geschwindigkeit schnell zu machen ist ein Mittel dieser Erfindung.
• Als drittes besteht der Nachteil, daß die Drehgeschwindigkeit sehr klein wird, wenn das Abtriebsdrehmoment groß gemacht wird, d.h., die Zahl der ausgeprägten Pole und Magnetpole zur Vergrößerung des Erregungsstroms erhöht wird.
• Generell ist es bei einem Reluktanzmotor zur Verstärkung des Abtriebsdrehmoments notwendig, die Zahl der Magnet- und ausgeprägten Pole in Figur 1 (a) zu erhöhen und den gegenüberliegenden Luftspalt zwischen den beiden zu reduzieren
• Wenn zu diesem Zeitpunkt die Zahl der Umdrehungen auf einem erforderlichen Wert gehalten wird, wird der Anstiegsgradient des Erregungsstroms wegen der in den Magnetpolen 16a, 16b, ... und ausgeprägten Polen 1a, 1b, ... in Figur 1 gespeicherten magnetischen Energie mäßig, und selbst beim Stoppen der Erregung wird die Zeit für den Entladestrom aufgrund der zum Verschwinden zu bringenden magnetischen Energie relativ lang und infolgedessen tritt ein großes Drehmoment auf.
• Unter diesen Umständen wird der Spitzenwert des Ankerstroms klein und es tritt ein Gegendrehmoment mit dem Nachteil auf, daß die Drehgeschwindigkeit einen kleinen Wert annimmt.
• Gemäß dem Mittel dieser Erfindung wird der Anstieg und Abfall des Ankerstroms schnell, wodurch die oben beschriebenen Nachteile beseitigt werden.
• Bei den Abwicklungen nach den Figuren 1 (a) und 2 (a) sind der kreisförmige Abschnitt 16 und die Magnetpole 16a, 16b, ... die durch eine wohlbekannte Einrichtung aus lamellierten und verfestigten Siliziumstahlplatten gebildet und zur Bildung des Ankers an einem äußerem Gehäuse 17 befestigt.
• Der Magnetkern 16 bildet einen Magnetpfad. Der Magnetkern 16 und die Magnetpole 16a, 16b, ... bilden den Anker.
• Die Zahl der ausgeprägten Pole beträgt 14 und diese Pole weisen gleiche Breite und gleichen Abstandswinkel auf. Die Breite der Magnetpole 16a, 16b, ... ist gleich der Breite der ausgeprägten Pole und die 12 Magnetpole sind im gleichen Abstand angeordnet.
• Bei Erregung der Ankerspulen 17b, 17c, 17b und 17c werden die ausgeprägten Pole 1b, 1c, 1b und 1c angezogen und drehen sich in der Richtung des Pfeiles A.
• Beim Weiterdrehen werden die Ankerspulen 17b und 17b abgeschaltet und die Ankerspulen 17d und 17d erregt, sodaß durch die ausgeprägten Pole 1d und 1d ein Drehmoment auftritt.
• Jedesmal wenn sich der Rotor 1 um 60 Grad dreht, wird der Erregungsmodus der Ankerspulen gewechselt und von den Magnetpolen werden die erregten Magnetpole zyklisch geändert: Magnetpole 16b, 16b (N-, S-Pol) 16c, 16c (N-, S-Pol) T Magnetpole 16c, 16c (N-, S-Pol), 16d, 16d (N-, S-Pol) T Magnetpole 16d,16d (N-, S-Pol), 16e, 16e (N-, S-Pol) T Magnetpole 16e,16e (N-, S- Pol), 16f, 16f (N-, S-Pol) T Magnetpole 16f,16f (N-, S-Pol), 16a, 16a (N-, S-Pol) Dies stellt einen dreiphasigen Reluktanzmotor bereit, bei welchem der Rotor 1 in der Richtung des Pfeiles A angetrieben wird.
• Da zwei zu erregende Magnetpole immer heteropolar sind, weisen die durch die unerregten Magnetpole gehenden magnetischen Flüsse einander entgegengesetzte Richtungen auf, wodurch die Erzeugung eines Gegendrehmoments verhindert wird.
• Es wird nun die Einrichtung zur Erregung der Ankerspulen 17a, 17a, 17b, 17b, ... beschrieben.
• Die Ankerspulen 17a und 17a sind in Serie oder parallel geschaltet. Die Ankerspulen 17b und 17b und die anderen Ankerspulen 17c und 17c, ... sind auf ähnliche Weise geschaltet.
• In der Figur6 (b) sind an beiden Enden der Ankerspulen 17a, 17a, 17c, 17c, 17e und 17e Transistoren 20a und 20b, 20c und 20d, und 20e und 20c eingefügt.
• Die Transistoren 20a, 20b, 20c, ... wirken als Schaltelemente und an ihrer Stelle können Halbleiter mit dem gleichen Effekt verwendet werden.
• Vom positiven und negativen Anschluß 2a und 2b einer Gleichstomenergieversorgung wird Energie zugeführt.
• Wenn der niedrigere Eingang einer UND-Schaltung 43a auf hohem Pegel ist, leiten bei einem hochpegeligen elektrischen Signal vom Anschluß 4a die Transistoren 20a und 20b, wodurch die Ankerspulen 17a und 17a erregt werden.
• Wenn hochpegelige elektrische Eingangssignale von den Anschlüssen 4b und 4c eingegeben werden, leiten die Transistoren 20c und 20 d und die Transistoren 20e und 20c, wodurch die Ankerspulen 17c, 17c, 17e und 17e erregt werden.
• Die Schaltungsblöcke D, E und F sind die Erregungssteuerschaltungen für die Ankerspulen 17b, 17b und 17d, 17d und 17f, 17f und weisen die gleiche Struktur wie die Erregungssteuerschaltung für die Ankerspulen 17a, 17a auf.
• Demgemäß werden beim Anlegen hochpegeliger Eingangssignale an die Anschlüsse 4d, 4e und 4f, wenn die niedrigeren Eingänge der UND-Schaltungen 43d, 43e und 43f auf hohem Pegel sind, die Ankerspulen 17b, 17b bzw. 17d,17d bzw. 17f, 17f erregt.
• Der Anschluß 40 liegt auf einer Referenzspannung zum Spezifizieren des Ankerstroms. Durch Anderung der Spannung des Anschlusses 40 kann das Abtriebsdrehmoment geändert werden.
• Beim Einschalten des Energievesorgungsschalters (nicht gezeigt) nimmt der Ausgang des Operationsverstärkers 40a einen hohen Pegel an, da der "-"-Anschluß des Operationsverstärkers 40a niedriger ist als der "+"-Anschluß, und die Transistoren 20a, 20b, ... 20c leiten ihrerseits, wodurch eine Spannung an die Erregungssteuerschaltungen für die Ankerspulen 17a, 17a, 17c, 17c, 17e und 17e angelegt wird. Die widerstände 22a und 22b sind Widerstände zum detektieren der Ankerströme der Ankerspulen 17a, 17a, 17c, 17c, 17e, 17e bzw. 17b, 17b, 17d, 17d, 17f, 17f.
• Die Situation ist für den Operationsverstärker 40b ganz die gleiche, und an die Schaltungsblöcke D, E und F wird gleichzeitig mit dem Einschalten der Energieversorgung eine Spannung angelegt.
• Die Eingangssignale am Anschluß 4a sind die Positionsdetektorsignale 31a, 31bf ... in Figur 7 (a), und die Eingangssignale an den Anschlüssen 4b und 4c sind die Positionsdetektorsignale 32a, 32b, . . bzw. 33a, 33b
• Die oben erwähnten Kurven sind in der zeitlichen Darstellung nach Figur 5 (b) durch die gleichen Symbole bezeichnet.Die Kurven 31a, 32a, 33a ... grenzen aneinander.
• Außerdem werden Positionsdetektorsignale 36a, 36b, ... 34a, 34b, ... und 35a, 35b, ... an Anschlüssen 4a, 4e bzw. 4f in Figur 6 (b) eingegeben.
• In der Figur 5 (b) sind Kurven 36a (die gleiche wie 36b), 34a, 35a ... gezeigt, die sich fortsetzen, ohne überlagert zu sein.
• Für den Fall, daß die Positionsdetektorsignalkurve 31a nach Figur 5 (b) am Anschluß 4a nach Figur 6 (b) eingegeben ist, wird eine Erläuterung gegeben.
• Das Positionsdetektorsignal 31a ist in der Figur 5 (c) mit dem gleichen Symbol bezeichnet.
• Der Ankerstrom nimmt wie durch die gestrichelte Linie 7b gezeigt zu. Wegen der großen Induktanz in einem Reluktanzmotor ist der Anstieg der gestrichelten Linie 7b am Beginn der Kurve 31a langsam.
• Es ist deshalb notwendig die an den Anschluß 2a angelegte Spannung zu erhöhen. Da die Breite der Kurve 31a abnimmt, wenn die Geschwindigkeit hoch wird, sollte demgemäß als Spannung am Anschluß 2a eine höhere Spannung verwendet werden.
• Wenn der Ankerstrom einen vorbestimmten Wert (spezifiziert durch die Referenzspannung des Anschlusses 40 in Figur 6 (b)) überschreitet, nimmt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 40a einen niedrigen Pegel an und infolgedessen nimmt das Ausgangssignal der UND-Schaltung 43a einen niedrigen Pegel an, wodurch der Transistor 20a abgeschaltet wird.
• Entsprechend wird die in den Ankerspulen 17a und 17a gespeicherte magnetische Energie durch die Diode 21a, den Transietor 20b und den Widerstand 22a entladen, und wenn der Entladestrom auf einen vorbestimmten Wert abnimmt, kehrt das Ausgangssignal durch die Hysteresischarakteristik des Operationsverstärkers 40a wieder zu einem hohen Pegel zurück und die Transistoren 20a und 20b schalten wieder ein und erhöhen dadurch den Ankerstrom.
• Wenn der Ankerstrom auf die durch die Referenzspannung 40 begrenzte voreingestellte Spannung ansteigt, nimmt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 40a einen niedrigen Pegel an und der Transistor 20a schaltet ab, wodurch der Ankerstrom abnimmt Es ist eine diese Zyklen wiederholende Zerhackerschaltung vorgesehen und der Abschnitt des Pfeils 3c in Figur 5 wird durchgelassen.
• Am Ende der Kurve 31a verschwindet das Eingangssignal am Anschluß 4a in Figur 6 (b). Folglich wird, da beide Transistoren 20a und 20b abschalten, die in den Ankerspulen 17a und 17a gespeicherte magnetische Energie in der Reihenfolge Diode 21b T Kondensator 47a T Widerstand 22a T Diode 21a entladen, wobei der Kondensator 47a geladen wird.
• Zu diesem Zeitpunkt ist jedoch das Positionsdetektorsignnal 32a nach Figur 5 (b) bereits am Anschluß 4b nach Figur 6 (b) eingegeben worden und folglich wandelt sich die gespeicherte magnetische Energie der Ankerspulen 17a und 17a in die magnetische Energie der Ankerspulen 17b und 17b um und macht dadurch den Anstieg des Ankerstroms (das linke Ende der gestrichelten Linie 37b nach Figur 5 (b)) schnell.
• Der Kondensator 47a ist wirksam, wenn es Timingdifferenzen beim Ein- und Ausschalten der Transistoren gibt, doch ist es nicht immer notwendig.
• Die Breite des Pfeiles 37 zeigt die Breite des Abfalls und Anstiegs der gestrichelten Linien 37a und 37b an. Wenn die Breite des Pfeils 37 einen vorbestimmten Winkel überschreitet, tritt ein Gegendrehmoment auf und es nimmt auch das Drehmoment ab. Da die Breiten der Kurven 32a und 33a klein werden, wenn die Geschwindigkeit hoch wird, muß auch die Breite des Pfeiles 37 entsprechend klein gemacht werden. Diese Aufgabe wird durch die Diode 41a gelöst, die verhindert, daß die gespeicherte magnetische Energie der Ankerspulen 17a und 17a in die Energieversorgung 2a, 2b fließt. Wenn die Diode 41a nicht vorhanden ist und die magnetische Energie der Ankerspulen 17a und 17a in die Energieversorgung fließt, wird die Breite des abfallenden Abschnitts der gestrichelten Linie 37a groß und die an die Ankerspulen 17c und 17c angelegte Spannung wird gleich der Spannung der Energieversorgung 2a, 2b, so daßdie Breite des Anstiegsabschnitts der gestrichelten Linie groß wird.
• Demgemäß kann ein Motor hoher Geschwindigkeit erhalten werden. Es ist natürlich möglich, die gleiche Aufgabe durch Erhöhung der Energieversorgungsspannung zu lösen, doch resultiert dieses Mittel in einer Hochspannungsenergieversorgung, die bei der Anwendung praktische Probleme aufwirft, so daß das Mittel gemäß dieser Erfindung effektiv ist.
• Um bei einem Motor mit einer Ausgangsleistung von 300 Watt eine Geschwindigkeit von 10.000 Umdrehungen pro Minute zu erhalten, ist bei den Anschlüssen 2a und 2b eine Spannung in der Größenordnung von 150 Volt erforderlich, wenn keine Diode 41a vorhanden ist, jedoch bewirkt die Verwendung der Diode 41a, daß diese Spannung nur 60 Volt betragen muß.
• In diesem Fall beträgt die Breite des Pfeils 37 nach einer tatsächlichen Messung etwa 20 Mikrosekunden und es besteht der Effekt, daß eine Drehgeschwindigkeit schneller als 100.000 Umdrehungen erhalten werden kann. In diesem Fall wird die angelegte Spannung aufgrund der elektromotorischen Gegenkraft eine Hochspannung.
• Zur Erhöhung des Abtriebsdrehmoments ist es außerdem nur notwendig, die Spannung der Referenzspannung 40 nach Figur 6 (b) zu erhöhen.
• Wie oben beschriebenwerden die Grenze der Hochgeschwindigkeitsdrehung und das Abtriebsdrehmoment unabhängig durch die angelegte Spannung bzw. die Referenzspannung (die Befehlsspannung der Ausgangsspannung) gesteuert.
• Die Steuerung des Steuerstroms durch die Positionsdetektorsignale der Ankerspulen 17c und 17c ändert die Zerhackerwirkung des Operationsverstärkers 40a und der UND-Schaltung 42b in Figur 6 (b) in Abhängigkeit vom Ein-/Ausschalten des Transistors 20c, wie es durch die gestrichelte Linie 37b nach Figur 5 (b) gezeigt ist, und fällt am Ende der Kurve 32a schnell ab, wie es durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.
• Wenn dann das Positionsdetektorsignal 33a am Eingang 4c in Figur 6 (b) eingegeben wird, wird die Erregung der Ankerspulen 17e und 17e ähnlich ausgeführt.
• Wie oben dargelegt werden die Ankerspulen zur Erzeugung eines Abtriebsdrehmoments sequentiell erregt.
• Der oben erwähnte Erregungsmodus wird als Erregungsmodus der A- Phase bezeichnet.
• Die Positionsdetektorsignale 36a, 36b, ... 34a, 34b, ... und 35a, 35b, ... in Figur 7 (a) werden an den Anschlüssen 4d, 4e bzw. in Figur 6 (b) eingegeben, um dadurch die Erregung der in den Schaltungsblöcken D, E und F enthaltenen Ankerspulen 17b, 17b, 17d, 17d, 17f, 17f zu steuern.
• In der Figur 5 (b) sind die Kurven 36a, 34a und 35a gezeigt. Diese sind mit einer Breite von 120 Grad verbunden und in der Phase um 60 Grad gegenüber den oberen Kurven verzögert.
• Die gestrichelten Linienabschnitte der Kurven 36a, 34a und 35a stellen Ankerströme dar. Die Breiten der Anstiegs- und Abfallabschnitte werden wie beim Erregungsmodus der A-Phase durch die Diode 41b und den Kondensator 47b beschränkt.
• Außerdem ist die Zerhackersteuerung des Zwischenabschnitts jeder Kurve durch die UND-Schaltungen 43d, 43e und 43f, den Operationsvestärker 40b und den Referenzspannungsanschluß 40 ebenfalls ähnlich dem Erregungsmodus der A-Phase. Die Wirkung und Funktion ist ebenfalls ähnlich.
• Die Erregungssteuerung der Ankerspulen 17b, 17b, 17d, 17d, 17f, 17f durch die Kurven 36a, 36b, ... 34a, 34b, ... und 35a, 35b, ... wird als Erregungsmodue der B-Phase bezeichnet.
• Obgleich bei einem dreiphasigen Motor wie dieser Ausführungsform die Erregungsmoden der ersten, zweiten und dritten Phase generelle Ausdrücke sind, werden sie in dieser Beschreibung in zwei unterteilt und als Erregungsmodus der A-Phase und der B- Phase bezeichnet.
• Wegen des Erregungsmodus der A-Phase und der B-Phase sind nur zwei Sätze Zerhackerschaltungen für die Ankerstromsteuerung notwendig, und die Verwendung der Dioden 41a und 41b kann die Löschung und Erhöhung der magnetischen Energie der Ankerspulen schnell machen, wodurch die Wirkung erzielt wird, daß, wie früher beschrieben, ein Hochgeschwindigkeitsmotor erhalten wird. Eine Einrichtung zum Beseitigen der Welligkeit des Abtriebsdrehmoments wird unten beschrieben.
• In der Figur 5 (c) sind, wie vorstehend dargelegt, die Drehmomentkurven der einzelnen Ankerspulen bei der Konstantstromerregung von 130 Grad als Kurven 14a, 14b ... gezeigt
• Die Fixierungspositionen der Spulen 10a, 10b und 10c nach Figur 2 (a), die Positionsdetektorelemente sind, werden bzw. sind so eingestellt, daß der Beginn der Positionsdetektorsignalkurve 31a nach Figur 5 (c) auf den Punkt der gestrichelten Linie 42a eingestellt ist, d.h., den Punkt, bei welchem die Drehmomentkurve beginnt, flach zu sein.
• Das Ende der Kurve 31a ist der Punkt der gestrichelten Linie 42c und der Abschnitt zwischen den gestrichelten Linien 42a und 42c ist der Erregungsabschnitt der Ankerspulen 17a, 17a Wie früher dargelegt wird, da der Anstieg und Abfall der Erregungskurve flach sind, das Abtriebsdrehmoment flach.
• Obgleich das Drehmoment bei der Endstufe der Erregung abnimmt, wenn die Kurve 14a und der Ankerstrom groß sind, wird die Flachheit des Abtriebsdrehmoments besser, wenn der Ankerstrom kleiner wird.
• Die oben beschriebenen Umstände für die Abtriebsdrehmomente der korrespondierenden Ankerspulen durch andere Positionsdetektorspulen völlig die gleichen.
• Es besteht deshalb die Wirkung, daß die Drehmomentwelligkeit des zusammengestzten Drehmoments beseitigt ist.
• Bei Benutzung als Servomotor ist die Flachheit in der Nähe des Stopp-Punktes einer Last erforderlich.
• Zu diesem Zeitpunkt hat das Abtriebsdrehmoment abgenommen und infolgedessen ist der Ankerstrom klein, und es werden die Drehmomentkurven der Erregungsströme unter den Kurven 14a und 14b angewendet, so daß das Drehmoment flach wird.
• Da der Erregungsabschnitt der Ankerspulen auch der Abschnitt des Maximumwertes des Drehmoments ist, ist auch der Wirkungsgrad gut.
• Was die Formen der Drehmomentkurven 14a, 14b ... betrifft, so können die Charakteristiken und der Abschnitt des flachen Abschnitts bzw. Teils des Drehmoments durch Änderung der Formen der entgegengesetzten Magnetpole und ausgeprägten Pole geändert werden, und infolgedessen ist es notwendig, die Position der gestrichelten Linie 42a entsprechend zu ändern.
• Entsprechend dem gemeinsamen Mittel beträgt die Breite zwischen der gestrichelten Linie 42a und dem Beginn der Drehmomentkurve 10 bis 20 Grad.
• Der obigen Beschreibung ist zu entnehmen, daß die Positionsdetektorsignalkurven 31a, 31b ..., die Kurven 32a, 32b ..., und die Kurven 33a, 33b ... in der Figur 7 (a) die Erregungssteuerung einer Breite von 120 Grad der Ankerspulen 17a, 17a, 17c, 17c,17e, 17e ausführen und die Positionsdetektorsignalkurven 36a, 36b ..., die Kurven 34a, 34b ..., und die Kurven 35a, 35b ... die Erregungssteuerung einer Breite von 120 Grad der Ankerspulen 17b, 17b, 17d, 17d,17f, 17f ausführen.
• Da es nur die Referenzspannung (die Spannung am Anschluß 40 nach Figur 6 (b)) ist, welche den Abtriebsdrehmoment- oder Ankerstromwert spezifiziert, hat die angelegte Spannungswelligkeit keine Wirkung.
• Demgemäß ist die Welligkeitsspannung der Enegieversorgungsanschlüsse 2a und 2b in Figur 6 (b) nicht so stark verknüpft, und infolgedessen kann zum Gleichrichten ein Kondensator kleiner Kapazität verwendet werden, wobei der Gleichrichtungskondensator kann eine noch kleinere Kapazität bei einer dreiphasigen Wechselstromenergieversorgung aufweist, wodurch das charakteristische Merkmal erzeugt wird, daß die Energievesorgung vereinfacht werden kann.
• Die oben beschriebenen Umstände sind für den Gleichrichtungskondensator der später beschriebenen Ausführungsform die gleichen.
• Als nächstes wird der Fall beschrieben, bei welchem diese Erfindung auf einen zweiphasigen Reluktanzmotor angewendet ist
• Die Figur 1 (b) ist eine Draufsicht auf einen zweiphasigen Reluktanzmotor und die Figur 1 (b) eine Abwicklung seiner ausgeprägten Pole, Magnetpole und Ankerspulen.
• Nach der Figur 1 (b) sind ein kreisförmiger Abschnitt 16 und Magnetpole 16a, 16b . durch ein wohlbekanntes Mittel zum hamellieren und Verfestigen von Siliziumstahlplatten gebildet und zur Bildung eines Ankers an einem nicht gezeigten äußeren Gehäuse befestigt. Der Magnetkern ist ein Magnetpfad.
• Die Ankerspulen 17a und 17b sind um die Magnetpole 16a und 16b gewickelt. Die anderen Ankerspulen sind sind fortgelassen und nicht gezeigt.
• In einem im äußeren Gehäuse vorgesehenen Lager ist die Welle bzw. Drehachse 5, an welcher der Rotor 1 befestigt ist, drehbar gelagert
• Auf dem äußeren Umfang des Rotors 1 sind die ausgeprägten Pole 1a, 1b, ... gegenüber den Magnetpolen 16a, 16b, ... mit einem dazwischenliegenden Luftspalt von etwa 0,1 bis 0,2 Millimeter angeordnet. Der Rotor 1 ist auch mit dem gleichen Mittel wie der Anker 16 gefertigt. Die Abwicklung dieses ist in der Figur 2 (b) gezeigt.
• Nach Figur 2 (b) beträgt die Zahl der ausgeprägten Pole 10 und sie weisen gleiche Breite und gleichen Abstandswinkel auf.
• Die Breite der Magnetpole 16, 16b, ... ist gleich der Breite der ausgeprägten Pole und es sind acht Magnetpole im gleichen Abstand angeordnet.
• Bei Erregung der Ankerspulen 17b, 17f, 17c und 17g werden die ausgeprägten Pole 1b, 1g, 1c und 1h angezogen und drehen sich in der Richtung des Pfeiles A.
• Wenn sie sich weiter drehen wird die Erregung der Ankerspulen 17b und 17f gestoppt und es werden die Ankerspulen 17d und 7h erregt, wodurch ein Drehmoment durch die ausgeprägten Pole 1d und 1i erzeugt wird.
• Der Pfeil 18a zeigt eine Erregungspolarität einer Drehung um 9C Grad vom gezeigten Zustand, wobei die Magnetpole 16b und 16c N- Pol und die Magnetpole 16f und 16g S-Pol werden. Die Magnetsierung dieser Polaritäten dient dazu, das Gegendrehmoment aufgrund einer magnetischen Flußleckage klein zu machen.
• Während der nächsten Drehung um 90 Grad oder den Pfeil 18b nehmen die einzelnen Magnetpole, wie gezeigt, den N- und S-Pol an. "0" stellt die Unerregten dar.
• Bei der nächsten Drehung um 90 Grad und der darauffolgenden Drehung um 90 Grad wird die Magnetisierung zu den durch die Pfeile 18c und 18d gezeigten Polaritäten gemacht.
• Durch die oben beschriebene Erregung dreht sich der Rotor 1 in der Richtung des Pfeiles A und stellt einen zweiphasigen Motor bereit.
• Die Breite zwischen den einzelnen Magnetpolen beträgt das 1,5- fache der Breite eines ausgeprägten Pols.
• Da außerdem der Raum bzw. Abstand, in welchem die Ankerspulen befestigt sind, groß ist, kann ein dicker Draht zur Erzeugung des Effekts eines reduzierten Kupferverlustes zwecks Erhöhung des Wirkungsgrades verwendet werden.
• Da ein Reluktanzmotor keinen Feldmagneten aufweist, ist es notwendig, den durch die Magnetpole erzeugten magnetischen Fluß zu erhöhen, bis er den magnetischen Fluß durch den Feldmagneten abdeckt. Demgemäß hat der große Raum bzw. Abstand zwischen den Magnetpolen eine wichtige Bedeutung.
• Die Zahl der Magnetpole in Figur 2 (b) beträgt 10 und ist größer die wohlbekannte herkömmliche dieser Art. Folglich wird durch die Entladung der in den einzelnen Magnetpolen durch Erregung gespeicherten Energie ein Gegendrehmoment erzeugt und das Abtriebsdrehtnoment wird groß, jedoch bleibt das Problem der Reduzierung der Drehgeschwindigkeit, so daß es unmöglich ist, ihn zur praktischen Anwendung zu bringen.
• Gemäß dem Mittel dieser Erfindung wird jedoch die oben dargelegte Schwierigkeit beseitigt und nur die Wirkung der Erhöhung des Abtriebsdrehmoments hinzugefügt. Ihre Details werden später beschrieben.
• Die Beschreibung der Erzeugung des Antriebsdrehmoments des oben vorgesehenen Rotrs 1 ist für einen Ankerspulen-Erregungswinkel von 180 Grad gegeben. Das Mittel dieser Erfindung verwendet einen Erregungswinkel von 90 Grad, jedoch ist das Rotationsprinzip vollkommen das gleiche.
• In der Figur 6 (a) stellen die Ankerspulen K und L die Ankerspulen 17a, 17e bzw. 17c, 17g in Figur 2 (b) dar, und die beiden Sätze Ankerspulen sind in Serie oder parallel geschaltet.
• An beiden Enden der Ankerspulen K und L sind die Transistoren 20a, 20b bzw. 20c, 20d eingefügt.
• Die Transistoren 20a, 20b, 20c und 20d wirken als Schaltelemente und an ihrer Stelle können Halbleiter mit dem gleichen Effekt verwendet werden.
• Vom positiven und negativen Anschluß 2a und 2b einer Gleichstomenergieversorgung wird Energie zugeführt. Wenn vom Anschluß 4a ein hochpegeliges elektrisches Signal eingegeben wird, leiten die Transistoren 20a und 20b, wodurch die Ankerspule K erregt wird.
• Wenn vom Anschluß 4c ein hochpegeliges elektrisches Signal eingegeben wird, leiten die Transistoren 20c und 20d, wodurch die Ankerspule L erregt wird.
• Es wird nun die Einrichtung zur Gewinnung der Positionsdetektorsignale beschrieben.
• Die Spulen 8a und 8b nach Figur 2 (b) weisen den gleichen Aufbau wie die Spule 10a nach Figur 2 (a) auf und sind auf der Ankerseite so befestigt, daß sie den Seitenflächen der ausgeprägten Pole 1a, 1b, ... gegenüberliegen.
• Die Spulen 8a und 8b liegen den Seitenflächen der ausgeprägten Pole 1a, 1b, ... durch einen in Figur 2 (b) gezeigten Luftspalt gegenüber, und diese Anordnung macht die Impedanz der Spulen wegen des Eisenverlustes (der den Wirbelstromverlust enthält, der groß ist) klein. Die Spulen 8a und 8b sind im Abstand von (360 + 90) Grad voneinander angeordnet.
• In der Figur 3 ist eine Einrichtung zur Gewinnung der Positionsdetektorsignale von den Spulen 8a und 8b gezeigt.
• Die Spulen 8a und 8b und die Widerstände 15a, 15b, 15c und 15d bilden eine Brückenschaltung
• Die Ausgangsfrequenz der Oszillatorschaltung 7 beträgt etwa 1 Megazyklen.
• Die Spulen 8a und 8b sind auf der stationären Ankerseite befestigte Luftkernspulen, und wenn sie den ausgeprägten Polen 1a, 1b, ... nach Figur 2 (b) gegenüberliegen, nimmt ihre Impedanz wegen des Wirbelstroms ab und der Spannungsabfall des Widerstandes 15a nimmt zu.
• Wenn die Spule 8a einem ausgeprägten Pol zugekehrt ist bzw. gegenüberliegt, wird am "+"-Anschluß des Operationsverstärkers 13a ein elektrisches Signal eingegeben, das durch ein aus der Diode lla und dem Kondensator 12a bestehendes Tiefpaßfiller geglättet wird.
• Auch wird dem "+"-Anschluß des Operationsverstärkers 13b für den Spannungsabfall im Widerstand 15b ein elektrisches Signal eingegeben, das durch ein aus der Diode 11b und dem Kondensator 12b bestehendes Tiefpaßfilter in einen Gleichstrom umgewandelt wurde. Da die Einstellung vorher so gemacht wurde, daß die Brückenschaltung ausgleicht, wenn die Spulen 8a uns 8b nicht den ausgeprägten Polen gegenüberliegen, existieren die Ausgangssignale der Operationsverstärker 13a und 13b zu diesem Zeitpunkt nicht.
• Wenn die Spule 8a einem ausgeprägten Pol gegenüberliegt, ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 13a ein Rechteckwellen-Ausgangssignal mit einer Breite von 180 Grad, und dieses Signal ist in der zeitlichen Darstellung nach Figur 7 (b) als die Kurven 70a, 70b, ... gezeigt.
• Der Spannungsabfall am Widerstand lsc wird den "-"-Anschlüssen der Operationsverstärker 13a und 13b eingegeben. Das Ausgangssignal des Anschlusses 6a wird die oben beschriebenen Kurven 70a, 70b, ... und das Ausgangssignal des Anschlusses 6b wird die Kurven 72a, 72b, ..., wobei die Breite jeder Kurve 180 Grad beträgt.
• Die durch eine Inverterschaltung gegangenen Ausgangssignale der Anschlüsse 6a und 6b sind die Kurven 73a, 73b, ... und die Kurven 74a, 74b
• Bei Gewinnung der überlagerten Abschnitte der Signale der Kurven 70a, 70b, ... und Kurven 74a, 74b, ... in Figur 7 (b) durch eine UND-Schaltung werden die Kurven 82a, 82b, ... erhalten.
• Ebenso werden für die Kurven 72a, 72b, . . und die Kurven 70a, 70b, ... die Kurven 83a, 83b, ... durch das gleiche Mittel erhalten -
• Durch das gleiche Mittel werden die Kurven 84a, 84b, ... von den Kurven 72a, 72b, ... und den Kurven 73a, 73b, ... und die Kurven 85a, 85b, ... von den Kurven 73a, 73b, ... und den Kurven 74a, 74b, - erhalten.
• Die obigen Positionsdetektorsignale werden für die Schaltung nach Figur 6 (a) verwendet.
• Nun werden die zur Erregung durch die oben beschriebenen zweiphasigen Positionsdetektorsignale gesteuerten Ankerspulen gemäß Figur (a) beschrieben.
• Wie oben dargelegt sind die Ankerspulen K und L die Ankerspulen 17a, 17e und 17c, 179. Der Schaltungsblock c ist eine Erregungssteuerschaltung mit den Ankerspulen M und N und weist den vollständig gleichen Aufbau wie die der Ankerspulen K und L auf.
• Die Ankerspulen M und N bezeichnen einen Reihen- oder Parallelschaltungskörper der Ankerspulen 17b und 17f bzw. einen ähnlichen Schaltungskörper der Ankerspulen 17d und 17h.
• Die obengenannten Positionsdetektorsignalkurven 82a, 82b, -kurven 83a, 83b, ..., kurven 84a, 84b, ... und -kurven 85a, 85b, ... nach Figur 7 (b) werden von den Anschlüssen 4a, 4b, 4c bzw. 4d eingegeben.
• Demgemäß werden die Ankerspulen für jeweils 90 Grad in der Reihenfolge K T M T L T N erregt. Die Positionsdetektorsignalkurven 82a, 83a, 84a und 85a sind in der Figur 5 (a) durch die gleichen Symbole gezeigt.
• Wenn bei der Figur 6 (a) beim Einschalten der Energie das Positionsdetektorsignal der Kurve 82a vom Anschluß 4a eingegeben wird, leiten die Transistoren 20a und 2db, wodurch die Ankerspule K anfängt, erregt zu werden. Diese Kurve ist in der Figur 5 (a) als gestrichelte Linie 23 gezeigt.
• Wenn demgemäß am Widerstand 22 ein Spannungsabfall auftritt und die Spannung der Referenzspannung 40, die das Eingangssignal des "+"-Anschlusses des Operationsverstärkers 40a ist, überschreitet, nimrut das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 40a einen niedrigen Pegel an, und das Ausgangssignal einer UND- Schaltung 42a wiederum nimmt einen niedrigen Pegel an, so daß der Transistor 20a abschaltet.
• Da der Transistor 20b leitet, wird die in der Ankerspule K gespeicherte magnetische Energie über die Diode 21a und den Widerstand 22 entladen.
• Wenn der Spannungsabfall am Widerstand 22 abnimmt und einen vorbestimmten Wert überschreitet, kehrt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 40a wegen seiner Hysteresischarakteristik auf einen hohen Pegel zurück. Folglich schaltet der Transistor 20a wieder ein und der Ankerstrom nimmt zu, und wenn der durch die Referenzspannung 40 beschränkte Strom überschritten wird, schaltet der Transistor 20a wieder ein.
• Es ist eine diese Zyklen wiederholende Zerhackerschaltung konstruiert. Da beide Transistoren 20a und 20b am Ende des Positionsdetektorsignals 82a abschalten, lädt die gespeicherte Energie der Ankerspule K den Kondensator 47 über die Dioden 21a und 21b.
• Da die angelegte Spannung der zu erregenden Ankerspule M als nächstes durch diese Ladespannung erhöht wird, steigt der Erregungsstrom schnell an. Zu diesem Zeitpunkt wird an die Ankerspule M durch die am Anschluß 43b eingegebene Positionsdetektorsignalkurve 83a nach Figur 5 (a) eine Spannung angelegt.
• Der Kondensator 47 kann ein Kondensator kleiner Kapazität sein. Bei einem Kondensator kleiner Kapazität steigt der Ladestrom schneller an und der Anstieg der Erregung der Ankerspule M wird schneller und gleichzeitig kann die Breite des abfallenden Abschnitts der Ankerspule K (die Breite des Pfeiles 23 in Figur 5 (a)) klein gemacht werden.
• Da beim Überschreiten eines vorbestimmten Wertes durch die Breite des Pfeiles 23 ein Gegendrehmoment und ein Reduktionsdrehmoment auftreten, besteht die Funktion und Wirkung, daß durch Kleinmachen der Breite des Pfeiles 23 ein Hochgeschwindigkeitsmotor bereitgestellt ist.
• Es sei darauf hingewiesen, daß die Konversion der gespeicherten magnetischen Energie der Ankerspule K in die magnetische Energie der Ankerspule M die Breite des Pfeiles klein macht.
• Die Diode 41 dient zum Verhindern, daß die gespeicherte magnetische Energie in die Energieversorgung fließt und zum Eliminieren der oben beschriebenen Wirkung.
• Selbst wenn der Kondensator 47 entfernt wird, kann die oben erwähnte magnetische Energiekonversion schneller ausgeführt werden. Die Erregung der Ankerspule M wird auf ähnliche Weise wie bei der Ankerspule K durch den Operationsverstärker 40a und die UND-Schaltung 43 ausgeführt.
• Es wird eine Zerhackerwirkung, die einen durch die Referenzspannung 40 beschränkten Stromwert liefert, erhalten.
• Der pulsierende Stromteil des Ankerstroms durch die Zehackerwirkung ist fortgelassen und nicht gezeigt.
• Auch wird beim Eingeben der Positionsdetektorsignale 84a und 85a nach Figur 5 (a) an den Anschlüssen 4c und 4d die Steuerung des Ankerstroms durch die UND-Schaltungen 43b und 43d und den Operationsverstärker 40a ähnlich ausgeführt und die Wirkung ist ebenfalls ähnlich.
• Demgemäß wird ein Drehmoment in einer Richtung erhalten und der Motor dreht sich.
• Die gestrichelten Kurven 23a, 23b, 23c und 23d der zeitlichen Darstellung nach Figur 5 (a) sind die Ankerstromkurven der Ankerspulen K, M, L bzw. N.
• Die Breite des Pfeiis 23 kann bei einem Moter von 300 Watt Ausgangsleistung auf 20 Mikrosekunden eingestellt werden und infolgedessen kann eine Hochgeschwindigkeitsrotation erzielt werden.
• Der Grund dafür wird unten unter Bezugnahme auf die Figur 5 (c) beschrieben.
• Da die Erregungssteuerungder Ankerspulen durch die Positionsdetektorsignale 82a, 83a, ... für alle gleich ist, wird die Beschreibung nur für die Positionsdetektorsignalkurve 82a gegeben.
• Da die Induktanz der Ankerspulen wie oben beschrieben groß ist, wenn Erregung nur für die Breite des Pfeils 23 vorgesehen ist, verzögert sich der Anstieg wie durch die gestrichelte Linie 7a gezeigt und die Breite des abfallenden Abschnitts wird so beträchtlich groß, daß das Drehmoment im Anstiegsabschnitt abnimmt, und es tritt ein Gegendrehmoment auf, wenn der abfallende Abschnitt das rechte Ende des Pfeils 3b einer Breite von 180 Grad überschreitet.
• Folglich verschlechtert sich bei hoher Geschwindigkeit der Wirkungsgrad und das Abtriebsdrehmoment nimmt ebenfalls ab, was in der Schwierigkeit resultiert, daß die Ausführbarkeit verlorengeht.
• Gemäß dem Mittel der vorliegenden Erfindung wird diese Schwierigkeit beseitigt und es kann ein gut funktionierender Motor mit 100.000 Umdrehungen pro Minute erhalten werden.
• Die Breiten des Anstiegs und Abfalls des Ankerstroms werden wegen der Diode 41 nach Figur 6 (a) sehr klein, wodurch ein durch die gestrichelte Linienkurve 23a angedeuteter Ankerstrom bereitgestellt wird.
• Entsprechend wird das Auftreten eines Reduktionsdrehmoments und eines Gegendrehmoments verhindert, wodurch ein Motor hoher Geschwindigkeit und hohen Drehmoments erhalten werden kann.
• Ein hohes Drehmoment wird erzeugt, wenn die Höhe der Kurve 23a vergrößert wird, und zu diesem Zweck ist es nur notwendig, wie im Fall eines gewöhnlichen Gleichstrommotors eine die gegenelektromotorische Kraft zwischen den Anschlüssen 2a und 2b über schreitende Spannung anzulegen.
• Die Drehmomentkurven im Abschnitt von 180 Grad sind wie bei dem früher beschriebenen dreiphasigen Motor durch die Kurven 14a, 14b, ... gegeben.
• Wenn die Befestigungspositionen der Spulen 8a und 8b, die Positionsdetektorelemente sind, so eingestellt und fixiert sind, daß der Beginn der Kurve 82a der Punkt der gestrichelten Linie 42a ist, ist der Punkt, bei welchem der Ankerstrom aufhört, der Punkt der gestrichelten Linie 42b.
• Die Breite des Abschnitts zwischen den gestrichelten Linien 42a und 42b beträgt 90 Grad.
• Demgemäß sind Charakteristiken gegeben, bei denen das Abtriebsdrehmoment nur die flachen Abschnitte der Drehmomentkurven 14a, 14b, ... sind, und das zusammengesetzte Drehmoment wird ebenfalls flach.
• Außerdem besteht wegen der Erregung im Abschnitt des maximalen Drehmoments der Effekt, daß der Wirkungsgrad zunimmt.
• Wenn an der Grenze der Kurven 82a, 83a, . . Luftspalte vorhanden sind, tritt die Schwierigkeit auf, daß der automatische Anlauf nicht erhalten werden kann. Es ist deshalb notwendig, daß keine Luftspalte enthalten sind.
• Obgleich diese Ausführungsform für einen zweiphasigen Motor ist, kann der Erregungsmodus so bertachtet werden, daß er nur der A-phasige oder B-phasige ist.
• Er kann auch so betrachtet werden, daß er ein Erregungsmodus ein und der gleichen Phase ist. Demgemäß ist es ein charakten stisches Merkmal, daß die Erregungssteuerschaltung vereinfacht ist.
• Die gleiche Aufgabe kann auch durch das Vorsehen der Dioden 41 41a und 41b nach Figur 6 (a) auf der Seite der negativen Elektrode 2b der Energieversorgung gelöst werden.
• Bezüglich der Figuren 6 (a) und (b) kann die gleiche Aufgabe auch durch Ausführen einer Zerhackersteuerung durch die UND Schaltungen 43a, 43b, ... und die Operationsverstärker 40a und 4db an den niedrigeren bzw. unteren Transistoren 2db, 20d und 20c gelöst werden.
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für die Antriebsquelle einer industriellen Einrichtung als ein hochwirksamer Gleichstrommotor eines großen Abtriebsdrehmoments und geringer Drehmomentwelligkeit und insbesondere als ein Servometor verwendet werden.

Claims (3)

1. Zwei- oder dreiphasiger Reluktanzmotor, bei welchem bei Erregung der Ankerspulen (z.B. K, 17a) jeder Phase mit einem festen Strom das Drehmoment in der Nähe von 10 bis 20 elektrischen Winkelgraden maximal wird, da die ausgeprägten Pole (1a, ...) des Rotors (1) beginnen, in die Magnetpole (16a, ...) einzutreten, und danach ein flaches Drehmoment nur für einen vorbestimmten Abschnitt erhalten wird, wobei das Welligkeitsdrehmoment des Reluktanzmotors beseitigt ist, bestehend aus:

einer Positionsdetektoreinheit mit Positionsdetektorelementen (8a, 8b, 10a bis 10c) zum Detektieren der Positionen von ausgeprägten Rotorpolen (1a, ...), durch welche Elemente Positionsdetektorsignale erhalten werden, in denen zeitlich nicht überlagerte kontinuierliche Positionsdetektorsignale mit einer Breite von 90 oder 120 elektrischen Winkelgraden für den zwei- bzw. dreiphasigen Motor enthalten sind,

Halbleiterschaltelementen (Z.B. 20a, 2db), die an beide Enden jeder Ankerspule (z.B. K, 17a) geschaltet sind,

Dioden (z.B. 21a, 21b), die in Sperrichtung zu jeder aus je einen Halbleiterschaltelement und der zugeordneten Ankerspule bestehenden Serienschaltung geschaltet sind,

einer Erregungssteuerschaltung, welche die Halbleiterschaltelemente (z.B 20a, 20b) rnittels der Positionsdetektorsignale leitend macht, um die Ankerspulen (Z.B. K, 17a) sukzessive zu erregen und dadurch ein Ausgangsdrehmoment in einer Richtung zu erzeugen,

einer Gleichstromenergiequelle zum Zuführen von Energie zur Erregungssteuerschaltung über eine Diode (z.B. 41), die auf der Seite der positiven oder negativen Elektrode der Energiequelle in Durchlaßrichtung eingesetzt ist,

einer Einrichtung zum Einstellen der Fixierungspositionen der Positionsdetektorelemente (8a, 8b, 10a bis 10c) zum Auslösen der Erregung jeder Ankerspule (z.B. K, 17a) dort, wo das Drehmoment maximal wird,

einer Zerhackerschaltung (z.B. 40a) zum Halten des Ankerstroms auf einem vorbestimmten Wert und

einer elektrischen Schaltung, welche beim Abschalten der durch ein Positionsdetektorsignal gesteuerten Erregung einer Ankerspule am Ende des Positionsdetektorsignals verhindert, daß die in der Ankerspule gespeicherte magnetische Energie über die in Sperrichtung geschalteten Dioden mittels der auf der Energiequellenseite in Durchlaßrichtung eingesetzten Diode zur Gleichstromenergiequelle rückgekoppelt wird, und die magnetische Energie in gepeicherte magnetische Energie einer als nächste zu erregenden Ankerspule umwandelt, wodurch der Anstieg und Abfall des Ankerstroms schnell gemacht wird.

2. Motor nach Anspruch 1, der ein zweiphasiger Reluktanzmotor ist, wobei

die Positionsdetektoreinheit Positionsdetektorelemente (8a, 8b) aufweist, durch welche ein erstes, zweites, drittes und viertes einphasiges Positionsdetektorsignal als die Positionsdetektorsignale erhalten werden, wobei

die Halbleiterschaltelemente (z.B. 20a, 20b) an beide Enden einer ersten, ersten, zweiten und zweiten Ankerspule (z.B. K) geschaltet sind, wenn die Ankerspulen der ersten und zweiten Phase die erste und erste Ankerspule bzw. zweite und zweite Ankerspule bilden, und wobei

die Erregungssteuerschaltung die Halbleiterschaltelemente (z.B. 20a, 20b) mittels des ersten, zweiten, dritten und vierten Positionsdetektorsignals leitend macht, um die erste zweite, erste und zweite Ankerspule (z.B. K) sukzessive zu erregen, wodurch das Ausgangsdrehmoment in einer Richtung erzeugt wird.

3. Motor nach Anspruch 1, der ein dreiphasiger Reluktanzmotor ist, wobei

die Positionsdetektoreinheit Positionsdetektorelemente (10a bis 10c) zum Detektieren der Positionen der ausgeprägten Rotorpole (1a, ...) aufweist, durch welche Positionsdetektorsignale eines A-Phasenerregungsmodus, bei welchem ein kontinuierliches erstes, zweites und drittes Positionsdetektorsignal einer Breite von 120 elektrischen Winkeigraden angeordnet sind, die nicht zeitlich überlagert sind, erhalten werden, und durch welche Positionsdetektorsignale eines B- Phasenerregungsmodus, in welchem ein viertes, fünftes und sechstes Positionsdetektorsignal angeordnet sind, die gegenüber dem ersten, zweiten und dritten Positionsdetektorsignal eine Phasendiffferenz von 60 elektrischen Winkelgraden aufweisen, erhalten werden, wobei

die Halbleiterschaltelemente (z.B. 20a, 20b) an beide Enden der ersten, ersten, zweiten, zweiten, dritten und dritten Ankerspule (z.B. 17a) geschaltet sind, wenn die Ankerspulen einer ersten, zweiten und dritten Phase die erste, erste Ankerspule, zweite, zweite Ankerspule und dritte, dritte Ankerspule bilden, wobei

die Erregungssteuerschaltung

eine erste Erregungssteuerschaltung, welche die Halbleiterschaltelemente mittels des ersten, zweiten und dritten Positionsdetektorsignals leitend macht, um die erste, zweite bzw. dritte Ankerspule zu erregen, wodurch ein Ausgangsdrehmoment in einer Richtung erzeugt wird, und

eine zweite Erregungssteuerschaltung, welche die Halbleiterschaltelemente mittels des vierten, fünften und sechsten Positionsdetektorsignals leitend macht, um die erste, zweite bzw. dritte Ankerspule zu erregen, wodurch ein Drehmoment in der gleichen Richtung erzeugt wird,

aufweist, wobei

die Gleichstromenergiequelle zum Zuführen von Energie zur ersten und zweiten Erregungssteuerschaltung über eine erste und zweite Diode (41a, 41b) dient, die auf der Seite der positiven oder negativen Elektrode der Energiequelle eingesetzt sind, und wobei die elektrische Schaltung beim Abschalten der durch das erste, zweite und dritte Positionsdetektorsignal erregten Ankerspulen am Ende der Positionsdetektorsignale verhindert, daß die in den Ankerspulen gespeicherte magnetische Energie über die in Sperrichtung geschalteten Dioden mittels der ersten Diode zur Gleichstromenergiequelle rückgekoppelt wird, und die magnetische Energie in die gespeicherte magnetische Energie der als nächste zu erregenden Ankerspule umwandelt, und beim Abschalten der durch das vierte, fünfte und sechste Positionsdetektorsignal erregten Ankerspulen am Ende der Positionsdetektorsignale verhindert, daß die in den Ankerspulen gespeicherte magnetische Energie über die in Sperrichtung geschalteten Dioden mittels der zweiten Diode zur Gleichstromenergiequelle rückgekoppelt wird, und die magnetische Energie in die magnetische Energie der als nächste zu erregenden Ankerspule umwandelt, wodurch der Anstieg und Abfall des Ankerstroms schnell gemacht wird.